跟我實戰超低能耗建筑系列之采暖制冷的能源端選型：熱泵技術

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熱泵可以把熱量從一個地方轉移到另一個地方。有些可以將熱量泵出或泵入建筑物，用于冷卻或加熱。空調(或大規模系統的“冷卻器”)是一種熱泵，只能將熱量從建筑物中抽出，但比雙向熱泵的效率略高。

小型熱泵

熱泵對于高效的HVAC系統是重要的，因為移動熱量比產生熱量使用更少的能量。熱發生器的效率永遠不會超過100%，因為它們使用的能量直接產生熱量，但熱泵可以有效地工作，因為它們只是將熱量從一個地方轉移到另一個地方。但是，基于操作環境，有時鍋爐更有效。尤其是在寒冷的室外溫度下(低于5°C或40°F)。為了考慮移動熱量而不是產生熱量，想象一輛油罐車將燃料從一個地方運送到另一個地方-卡車可能運送數千升燃料作為貨物，但卡車自己的油箱只能容納幾十加侖，因為這是將貨物運送到目的地所需燃燒的所有燃料。同樣，熱泵將熱能作為貨物移動，使用一點電能來這樣做。

熱泵每單位電能可以輸送幾個單位的熱能

測量效率

有許多方法可以測量熱泵的效率:

（1）COP(性能系數)是最簡單的度量。它測量在給定的室外溫度下，移動的熱能(單位為瓦特)除以移動熱能所用的電能(單位也是瓦特)。較高的COP值表明系統效率更高。以100%效率產生熱量的電阻加熱器將具有COP = 1，而處于加熱模式的熱泵的COP范圍從2到5，處于冷卻模式的熱泵的COP范圍從3到12。

（2）EER(能量效率比)類似于銅，但僅用于冷卻。它衡量冷卻系統運行的效率。EER最常用于窗單元和較小的獨立空調和熱泵。EER是在室外溫度為95°F(35°C)時，Btu/hr的冷卻量除以所用的電力瓦特數的比值。對于溫和氣候，房間空調的能效比至少應為9.0，對于炎熱氣候，能效比應超過10.0。

（3）SEER(季節性能效比)測量小型住宅空調或熱泵在整個制冷季節的運行效率，與單一室外溫度相對照。與EER一樣，較高的SEER反映了更高效的冷卻系統。SEER是系統在整個季節提供的冷卻Btu總量除以消耗的總瓦特小時數的比率。

（4）HSPF(供暖季節性能系數)測量熱泵在整個供暖季節以供暖模式運行的效率。除了加熱之外，它類似于SEER。HSPF越高，系統效率越高。HSPF的計算方法是將供暖季輸送的熱量的總Btu數除以輸送該熱量所需的電力的總瓦特小時數。

（5）千瓦/噸衡量提供的冷卻噸數的能量輸入，單位為千瓦。與其他指標不同，該比率越低，制冷機的效率越高。這一指標最常用于確定大型冷卻器的效率。

不同熱泵效率測量表(來自工程工具箱)

熱泵如何工作

熱泵的工作原理和冰箱一樣——在一個從熱端延伸到冷端的剛性管道回路中，氣體冷凝成液體，然后再次膨脹。這種移動熱量是因為理想氣體定律該理論認為，隨著壓力的增加，溫度也會升高；隨著壓力降低，溫度降低。因此，當氣體在油管回路的一側膨脹時，其溫度降低，并從周圍環境中吸收熱量。這就變成了循環的冷端。然后，氣體被泵送到回路的另一端，由電動壓縮機加壓，直到它變成液體。壓力的上升使溫度升高，因此液體將熱量散發到周圍環境中。這成為循環的熱端。將熱量散發出去后，液體通過一個閥門，在回路的另一端再次膨脹成氣體，開始循環。

制冷模式下的熱泵循環圖

處于加熱模式的熱泵循環圖

理論上，油管回路的一端在室內，另一端在室外，但實際上，這通常成本很高，而且很難垂直安裝，因為回路的“工作流體”是一種揮發性氣體。不應該讓這些氣體逸出，因為它們通常會產生不利的環境影響，如氣候變化和臭氧消耗。因此，通常回路的兩側都在熱泵單元中，并且“室內”側接觸由管道帶到它那里的室內空氣，或者接觸循環到管道或輻射系統的單獨的水回路。

熱泵源

1.空氣

空氣源熱泵將它們的廢熱(或冷卻)排放到外部空氣中。它們是熱泵系統中的絕大多數。對于大型冷卻器，將熱量排放到外部空氣中的裝置通常被稱為冷卻塔。

用于中型商用HVAC系統的冷卻塔

空氣源熱泵之所以受歡迎，是因為它們最便宜，也最容易安裝，因為它們不需要挖掘土壤或大量的管道系統。然而，在寒冷的天氣(低于5°C/40°F)為建筑物供暖時，它們會失去效率。

2.土壤

地源熱泵(“GSHP”，或“地熱的“熱泵”將其廢熱(或冷卻)排放到地面，而不是空氣中。因為地面全年保持相對穩定的溫度，所以在非常熱或非常冷的日子里，它們比空氣源熱泵效率高得多。

地面溫度保持相對穩定，而氣溫變化很大

所有地源熱泵的工作原理都是通過地下管道回路泵送導熱流體(通常是水或丙二醇)。“水平”系統通過挖掘淺的(1-3米/ 3-8英尺)來安裝管道。深)但是寬的溝，鋪設管道的線圈，并且用土覆蓋它。“垂直”系統挖掘深而窄的井(通常30-150米/ 100-500英尺。深)。水平系統的安裝費用較低，但占地面積較大，而且沒有深井那樣穩定的地溫。